Th17/IL-17與牙周炎和糖尿病相關(guān)性的研究進展

2020-02-17 15:59:57王佳陳曉濤

醫(yī)學(xué)綜述 2020年21期

王佳，陳曉濤

(1.石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院，新疆石河子 832000； 2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院口腔科，烏魯木齊 830001)

牙周炎臨床表現(xiàn)為結(jié)締組織附著喪失、牙槽骨吸收、牙齒松動。流行病學(xué)研究顯示，全球約2/3人口患有牙周病，其是導(dǎo)致成人失牙的最主要原因[1]。隨著“牙周醫(yī)學(xué)”的提出，越來越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)牙周炎和許多全身系統(tǒng)性疾病存在密切聯(lián)系，其中糖尿病與牙周炎關(guān)系的研究最廣泛。糖尿病是一組由胰島素抵抗或胰島素分泌不足引起的糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝紊亂疾病，主要表現(xiàn)為高血糖[2]。國際糖尿病聯(lián)合會報道稱，2015年全球成人糖尿病患者約4.15 億，預(yù)計到2040年全球糖尿病患者將增加至6.42億[3]。糖尿病按發(fā)病機制可分為1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。糖尿病與牙周炎互為危險因素[4]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，糖尿病患者的牙周炎患病風(fēng)險是非糖尿病患者的3倍[5]，且持續(xù)的牙周感染可增加血糖控制的難度。研究表明，炎癥和免疫因素在糖尿病和牙周炎的發(fā)病機制中起重要作用[6]。輔助性T細(xì)胞(helper T cell，Th細(xì)胞)17在促炎、抗菌、介導(dǎo)自身免疫性疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[7]。白細(xì)胞介素-17(interleukin-17，IL-17)是強促炎細(xì)胞因子，通過募集和遷移中性粒細(xì)胞，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[8]?，F(xiàn)對Th17/IL-17在牙周炎和糖尿病相關(guān)關(guān)系中的作用機制及研究進展予以綜述。

1 Th17細(xì)胞及其主要效應(yīng)分子IL-17

1.1Th17細(xì)胞及其誘導(dǎo)分化 Th細(xì)胞是CD4+T細(xì)胞的重要組成部分，是構(gòu)成機體免疫系統(tǒng)的主要細(xì)胞。當(dāng)病原體或變應(yīng)原刺激機體后，抗原呈遞細(xì)胞誘導(dǎo)未分化的初始T淋巴輔助細(xì)胞(Th0細(xì)胞)分化為不同的效應(yīng)譜系——Th1、Th2、Th17以及表達叉頭框蛋白P3(forkhead box protein P3，F(xiàn)oxP3)的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(T regulatory cell，Treg細(xì)胞)等細(xì)胞亞群[9]，不同T細(xì)胞亞群的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及細(xì)胞因子表達譜各不相同，在發(fā)生發(fā)展過程也發(fā)揮著不同作用，當(dāng)不同T細(xì)胞亞群的數(shù)量、功能發(fā)生異常時，機體免疫功能出現(xiàn)紊亂而致病。以往研究認(rèn)為，Th1/Th2的平衡狀態(tài)對維持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，Th1和Th2細(xì)胞主要通過分泌γ干擾素和IL-4分別介導(dǎo)細(xì)胞免疫和體液免疫反應(yīng)[10]。近年發(fā)現(xiàn)了一類能夠特異性分泌IL-17的新的Th細(xì)胞亞群，將其命名為Th17細(xì)胞[7]。Th17細(xì)胞彌補了Th1/Th2不能解釋的自身免疫和炎癥反應(yīng) 。類似于Th1/Th2平衡，Th17和Treg細(xì)胞存在一定的平衡狀態(tài)。在高濃度轉(zhuǎn)化生長因子-β的刺激下，Th0細(xì)胞可分化為Treg細(xì)胞，主要分泌IL-6，在維持免疫耐受、保護炎癥組織免受不良免疫反應(yīng)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[11]；而低濃度轉(zhuǎn)化生長因子-β可激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3和視黃酸相關(guān)孤兒核受體γt轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)Th0細(xì)胞向Th17分化[7]。Th17細(xì)胞通常參與強烈的促炎反應(yīng)，但也可作為靜止細(xì)胞存在于皮膚和黏膜等組織[12]。體內(nèi)促炎細(xì)胞因子較多時，可促進Th17的致炎作用。綜上所述，Th17細(xì)胞的分化和調(diào)控由復(fù)雜的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)介導(dǎo)，可能導(dǎo)致炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)生。

1.2IL-17的生物特性及功能 IL-17主要由Th17細(xì)胞分泌，NK細(xì)胞、γδT細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞也可分泌IL-17[13]。IL-17基因位于人體第6號染色體，是由二硫鍵連接的同型二聚體組成的糖蛋白，有155個氨基酸[14]。IL-17家族由IL-17A～IL-17F六個配體組成，它們之間具有相似的結(jié)構(gòu)，可以作為同型二聚體存在，也可以形成異型二聚體。IL-17受體廣泛表達于上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞等細(xì)胞中。IL-17A和IL-17F可通過同二聚體或IL-17A/F異二聚體與IL-17受體A和IL-17受體C結(jié)合，激活上游核因子κB (nuclear factor-kappa B，NF-κB)、激活蛋白-1、CCAAT/增強子結(jié)合蛋白信號傳導(dǎo)通路，誘導(dǎo)產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)(IL-6和CXC趨化因子配體8)、特異性中性粒細(xì)胞趨化因子、破骨因子[核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)]、抗菌肽和粒細(xì)胞集落刺激因子等，引起炎癥細(xì)胞浸潤和組織損傷[15]。IL-17本身是弱的促炎因子，其強大的炎癥效應(yīng)源于與其他細(xì)胞因子的協(xié)同作用，以及其招募和維持炎癥細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞)的能力。IL-17A與IL-17F協(xié)同作用也可激活、募集中性粒細(xì)胞，促進樹突狀細(xì)胞的成熟，驅(qū)動T細(xì)胞的應(yīng)答，IL-17還可協(xié)同IL-8與粒細(xì)胞集落刺激因子參與中性粒細(xì)胞的增殖和成熟，從而促進炎癥進展，增強免疫應(yīng)答[16]?？梢姡琁L-17可協(xié)同其他細(xì)胞因子，發(fā)揮強致炎作用。

2 Th17/IL-17與牙周炎的相關(guān)性

牙周病是多因素疾病，病因復(fù)雜，機制不明。牙菌斑作為牙周病的始動因子，除了菌斑生物膜的直接損害外，微生物引起機體過度或失衡的免疫反應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致牙周組織廣泛破壞的重要因素。研究表明，不同放線菌血清型引起的牙周損傷可引起明顯的牙槽骨吸收和免疫應(yīng)答，尤其是在實驗性牙周炎中，血清型B型放線菌的致病性更強，可引起較強的Th1和Th17型免疫反應(yīng)[17]。Cheng 等[18]發(fā)現(xiàn)，在單核細(xì)胞/CD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)中加入牙齦卟啉單胞菌或放線菌，可促進Th17/IL-17的應(yīng)答，且呈劑量和時間依賴性，表明牙周致病菌可能引發(fā)Th17/IL-17的免疫反應(yīng)。

體內(nèi)過量Th17/IL-17也參與了牙周炎發(fā)生、發(fā)展。Han等[19]通過構(gòu)建實驗性牙周炎動物模型發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，牙周炎動物模型牙齦和頸部淋巴結(jié)中Th17細(xì)胞增加，Treg細(xì)胞比例降低，表明在牙周炎狀態(tài)下，Th17/Treg存在免疫失衡。Th17細(xì)胞通過分泌特異性細(xì)胞因子IL-17在牙周炎的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。一方面，IL-17作用于成纖維細(xì)胞，產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，引起結(jié)締組織破壞；IL-17還可作用于成骨細(xì)胞，增加RANKL的表達，參與牙周病變部位破骨細(xì)胞活化以及骨吸收[20]。正常免疫調(diào)節(jié)下，核因子κB受體活化因子與RANKL結(jié)合維持破骨與成骨過程的平衡，而過量IL-17可通過誘導(dǎo)局部組織炎癥，增加成骨細(xì)胞內(nèi)RANKL的表達，其與RANK結(jié)合，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體向破骨細(xì)胞分化，從而間接誘導(dǎo)骨吸收或直接介導(dǎo)破骨細(xì)胞形成[21]。另一方面，IL-17刺激上皮細(xì)胞產(chǎn)生抗菌肽，發(fā)揮抗菌和保護性的抗微生物免疫作用。大量臨床研究證明，過量IL-17會加重炎癥反應(yīng)，促進牙周炎的發(fā)生發(fā)展，且與牙周炎的炎癥程度相關(guān)。研究顯示，慢性牙周炎患者外周血和牙周組織中Th17/IL-17和Th1/γ干擾素水平均較健康人群高，提示外周血和牙周局部Th17和Th1細(xì)胞的升高可能參與了慢性牙周炎的發(fā)病過程，同時齦溝液中IL-17的表達水平與牙周炎的炎癥程度相關(guān)[22]。Zekeridou等[23]研究顯示，慢性牙周炎患者牙周治療后的齦溝液中IL-17水平較治療前降低，表明牙周治療可改善局部炎癥水平。吳偲偲等[24]研究顯示，與正常組小鼠相比，IL-17A基因敲除牙周炎模型小鼠牙槽骨吸收量及RANKL表達明顯降低，表明沉默IL-17A表達可能抑制牙槽骨的吸收。由此可見，Th17/IL-17可能在牙周炎的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用。

3 Th17/IL-17與糖尿病的相關(guān)性

T1DM多見于青少年，是T細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病，胰島β細(xì)胞破壞導(dǎo)致胰島素缺失，進而出現(xiàn)無法控制的高血糖，且疾病的發(fā)生發(fā)展與免疫失調(diào)及炎癥細(xì)胞因子和其他介質(zhì)間的相互作用紊亂密切相關(guān)。CD4+細(xì)胞尤其是Treg細(xì)胞、CD8+細(xì)胞、產(chǎn)生自身抗體的B細(xì)胞和先天免疫細(xì)胞均參與了T1DM的發(fā)病過程[25]。Th17細(xì)胞在T1DM的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促炎作用，而Treg細(xì)胞發(fā)揮了免疫保護作用。臨床研究表明，與健康對照組相比，T1DM患者分泌IL-17的單核T細(xì)胞數(shù)量更多，經(jīng)長期觀察發(fā)現(xiàn)，T1DM患者外周血中產(chǎn)生IL-17的T細(xì)胞明顯增加[26]。將非肥胖糖尿病小鼠作為T1DM動物模型，Duan等[27]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可抑制非肥胖糖尿病小鼠Th1和Th17細(xì)胞的分化，促進Treg細(xì)胞增殖，通過抑制Th1和Th17細(xì)胞分化顯著減輕自身免疫性胰島炎的嚴(yán)重程度。

此外，IL-17也被證明在T1DM中發(fā)揮作用。Arif等[28]研究表明，激活I(lǐng)L-17途徑會加速胰島β細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致自身免疫性糖尿病，同時發(fā)現(xiàn)新診斷T1DM患者胰腺中IL-17A的表達明顯升高。與野生型非肥胖型糖尿病小鼠相比，IL-17缺陷非肥胖型糖尿病小鼠表現(xiàn)為T1DM發(fā)病延遲[29]，表明IL-17可能參與了T1DM的發(fā)病，為T1DM治療提供了潛在的免疫靶點。T2DM占全部糖尿病的90%以上，多發(fā)病于35～40歲之后，是一種遺傳、環(huán)境和行為等多種因素參與的復(fù)雜疾病。胰島素抵抗是T2DM的發(fā)病基礎(chǔ)[30]。研究表明，IL-17分泌失調(diào)導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子過度表達和慢性炎癥，這種炎癥狀態(tài)可能在胰島素抵抗的進展中起重要作用[31]。T2DM實質(zhì)是一種全身低度慢性炎癥狀態(tài)，常伴有炎癥細(xì)胞因子水平的異常[32]。李強和王玉斌[33]通過造模實驗發(fā)現(xiàn)，糖尿病模型小鼠的IL-17水平及信使RNA表達較造模早期更高。李大偉等[34]研究顯示，糖尿病患者外周血中Th17細(xì)胞數(shù)量及效應(yīng)因子IL-17高于健康對照組，表明Th17/IL-17可能在T2DM的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。同時，Th17/IL-17水平與糖尿病患者血糖控制有一定相關(guān)性。臨床研究表明，異常糖代謝(T2DM等)患者血清IL-17水平較健康對照組明顯升高，空腹血糖、胰島素抵抗指數(shù)與IL-17等細(xì)胞因子水平密切相關(guān)，表明IL-17可作為糖調(diào)節(jié)受損的評價指標(biāo)，可能參與了T2DM的發(fā)病機制[35]。另外，通過抗感染治療或降低免疫炎癥因子水平，可顯著改善T2DM患者的糖代謝異常[36]，進一步證明了IL-17在T2DM中的重要調(diào)控作用，但具體機制尚不明確。有研究表明，IL-17可能通過激活NF-κB通路，上調(diào)炎癥細(xì)胞因子基因表達，刺激促炎細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α)的分泌，從而抑制胰島素信號通路，誘導(dǎo)胰島素抵抗，最后導(dǎo)致T2DM的發(fā)生發(fā)展[37]。大量研究證明了促炎信號通路的激活與胰島素敏感性降低之間的密切關(guān)系，促炎細(xì)胞因子不僅導(dǎo)致胰島素抵抗，還直接參與胰島β細(xì)胞凋亡和破壞，最終導(dǎo)致T2DM的發(fā)生[28,32,36]。綜上，Th17/IL-17在T1DM和T2DM中均具有重要作用。

4 Th17/IL-17在牙周炎和糖尿病相互聯(lián)系中的作用

牙周病是糖尿病的第六大并發(fā)癥[38]，未加控制的糖尿病是牙周炎發(fā)病和進展的誘發(fā)危險因素[39]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，血糖控制不佳糖尿病患者的牙槽骨吸收發(fā)生風(fēng)險是健康者的11.4倍[40]，中重度牙周炎的發(fā)生風(fēng)險較健康者高2～3倍[41]。反之，牙周炎可能通過增加循環(huán)促炎細(xì)胞因子的水平來影響胰島素代謝，Catherine等[42]發(fā)現(xiàn)，代謝綜合征合并牙周炎患者的胰島素抵抗指數(shù)與附著喪失、牙周袋深度呈正相關(guān)，提示牙周炎與胰島素抵抗存在相關(guān)性。糖尿病和牙周炎的治療相輔相成，良好的血糖控制有助改善牙周局部狀況，有效的牙周治療可使糖化血紅蛋白降低10.8%[43]，進一步證明了糖尿病與牙周炎之間的雙向關(guān)系。

糖尿病與牙周炎之間雙向關(guān)系的內(nèi)在機制仍不明確。免疫失調(diào)和炎癥細(xì)胞因子失衡可能是引起糖尿病與牙周炎雙向關(guān)系的關(guān)鍵因素。早期研究指出，趨化和吞噬缺陷可能是糖尿病患者牙周炎易感性增加的主要原因[44]。但另有研究認(rèn)為，牙周炎與糖尿病的雙向關(guān)系機制可能與牙周組織中積累的晚期糖基化終末產(chǎn)物引起膠原代謝異常有關(guān)，阻斷晚期糖基化終末產(chǎn)物信號可以減少炎癥細(xì)胞因子分泌和MMP表達，并減少牙周骨喪失[45-46]。牙周炎與糖尿病的免疫病理特征均以慢性炎癥和免疫失衡為主。炎癥是機體在感染和損傷過程中產(chǎn)生的一種預(yù)防感染和促進再生的生理免疫反應(yīng)，但持續(xù)未緩解的炎癥可導(dǎo)致宿主組織的損傷。引起糖尿病牙周損傷加重的原因可能與細(xì)菌致病性以及宿主反應(yīng)性的改變有關(guān)[47]。與血糖正常對照組相比，結(jié)締組織接種同樣細(xì)菌的T2DM組引起的炎癥反應(yīng)更重[48]。

炎癥的調(diào)節(jié)是一個復(fù)雜的過程，由免疫系統(tǒng)的信使(如細(xì)胞因子)嚴(yán)格控制。牙周炎可能通過IL-17 的炎癥作用影響T2DM的胰島素代謝。IL-17A和IL-17F主要由Th17細(xì)胞產(chǎn)生，參與包括糖尿病和慢性炎癥(如牙周炎)在內(nèi)的自身免疫性疾病的發(fā)病。與健康對照組相比，慢性牙周炎伴T2DM患者血清IL-17水平明顯升高，且IL-17水平與牙周狀況、糖化血紅蛋白水平、空腹血糖水平呈正相關(guān)，且非手術(shù)牙周治療能顯著降低患者血清IL-17水平[49]，表明IL-17可能在慢性牙周炎合并T2DM的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。牙周炎主要病理和免疫學(xué)改變包括牙周袋形成、牙槽骨吸收、IL-17等炎癥因子的大量釋放。IL-17通過牙周袋潰瘍面進入血液循環(huán)，參與中性粒細(xì)胞的活化、成熟，間接引起氧化應(yīng)激，激活I(lǐng)κB激酶，干擾正常胰島素傳導(dǎo)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗；同時，IκB激酶可激活NF-κB炎癥信號通路，產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α、IL-17等炎癥細(xì)胞因子，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，從而形成一個反饋通路，導(dǎo)致T2DM的慢性炎癥狀態(tài)[50]。

T2DM是一種遺傳、環(huán)境和行為等多種因素參與的復(fù)雜疾病。有學(xué)者認(rèn)為，T2DM及其并發(fā)癥呈免疫依賴性，可以改變細(xì)胞因子表達[51]。高糖水平可能直接導(dǎo)致活性氧類的生成、晚期糖基化終末產(chǎn)物激活NF-κB以及抗氧化劑的丟失，從而導(dǎo)致炎癥水平增加[47]。IL-17增加通過改變口腔微生物群的組成提高致病性，進一步加重牙齦炎癥；此外，IL-17可通過上調(diào)多種細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子和RANKL誘導(dǎo)破骨細(xì)胞發(fā)生，加重牙槽骨吸收[52]，同時還可作用于成纖維細(xì)胞，產(chǎn)生MMP，引起結(jié)締組織損傷。Jiang等[53]發(fā)現(xiàn)，牙周炎期糖尿病型恒河猴IL-17信使RNA的表達明顯升高，可能是高血糖環(huán)境加速了牙周組織的炎癥反應(yīng)，并且削弱了牙周組織的防御系統(tǒng)。Xiao等[54]發(fā)現(xiàn)，糖尿病通過增強IL-17表達引起口腔細(xì)菌成分的改變，使小鼠口腔微生物更具致病性，而IL-17抗體治療可降低糖尿病小鼠口腔微生物群的致病性，提示抗IL-17免疫治療可能減少糖尿病并發(fā)牙周炎的發(fā)生?？梢?，T2DM可能通過IL-17影響口腔微生物群，增加牙周炎的患病風(fēng)險。

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